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简析量子比特、量子计算、量子算法和波粒二象性

简析量子比特、量子计算、量子算法和波粒二象性

作者: JohnMarti | 来源:发表于2020-12-11 01:24 被阅读0次

---什么是量子---

量子是物理世界里最小的、不可分割的基本单元,是能量的最基本携带者。它是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称。可以说,整个世界都是由量子组成的。例如,日常生活中的光,就由大量光量子组成。

量子力学指出,世界的运行并不确定,人们最多只能预测各种结果出现的概率;一个物体可以同时处于两个相互矛盾的状态中。

----量子计算----

就是直接利用量子力学的现象(例如量子叠加态)操纵数据的过程。下面简单地介绍什么是量子、量子叠加态、量子比特、量子测量和一种实现随机数据库搜索的量子算法。

量子有不同于宏观物理世界的奇妙现象,例如波粒二象性,还有最为著名的量子叠加和量子纠缠。

----波粒二象性----

波粒二象性(wave-particle duality)指的是所有的粒子或量子不仅可以部分地以粒子的术语来描述,也可以部分地用波的术语来描述。这意味着经典的有关“粒子”与“波”的概念失去了完全描述量子范围内的物理行为的能力。

爱因斯坦这样描述这一现象:“好像有时我们必须用一套理论,有时候又必须用另一套理论来描述(这些粒子的行为),有时候又必须两者都用。我们遇到了一类新的困难,这种困难迫使我们要借助两种互相矛盾的的观点来描述现实,两种观点单独是无法完全解释光的现象的,但是合在一起便可以。”

波粒二象性是微观粒子的基本属性之一。1905年,爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释,人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。1924年,德布罗意提出“物质波”假说,认为和光一样,一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说,电子也会具有干涉和衍射等波动现象,这被后来的电子衍射试验所证实。 2015年瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片。

微观世界的奇异性在于“波粒二象性”,即微粒不再像以往以为的那样,是个小小的实体球一样的东西,而且可以沿着一条确定的轨迹运动。它实际上已没有什么确切的大小、形状、位置、轨迹可言,这些经典概念统统不适于描述微观世界及其运动。微粒已变得像波那样弥散于广阔的空间里。所有微粒都具有波粒二象性——它既像颗粒状分离的粒子,又像云雾状弥散的波动,而且粒子的动量直接与波动的波长成反比。

量子理论的特点是找到给定点x在空间中存在的概率,而不是它的确切位置。

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